Holzbau Teil 1: Grundlagen DIN 1052 neu (Eurocode 5) DIN 1052 (1988)

363 Pages·2004·4.54 MB·German

by  Prof. Dipl.-Ing. Gerhard Werner

Springer Lehrbuch
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Gerhard Werner · Karlheinz Zimmer
1
Holzbau Teil
Grundlagen
DIN 1052 neu (Eurocode 5)
DIN 1052 (1988)
Karlheinz Zimmer Karin Lissner
Neubearbeitet von und
Dritte,überarbeitete Auflage
Mit 235 Abbildungen
1 3
2
Prof.Dipl.-Ing.Gerhard Werner
Kohlpottweg 6
32545 Bad Oeynhausen
Prof.Dr.sc.techn.Karlheinz Zimmer
Bamberger Straße 34
01187 Dresden
Dr.-Ing.Karin Lißner
Forststraße 35
01099 Dresden
ISBN 3-540-20552-7 3.Aufl.Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
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Vorwort zur 3. Auflage
Ab Mitte 2004 darf die neue DIN 1052,die das auf der Methode der Grenzzu-
stände beruhende Bemessungskonzept enthält und sich an die DIN V ENV
1995 (EC 5) „Entwurf,Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken Teil 1“,
in unserer 2.Auflage enthalten, anlehnt sowie die neueren Erkenntnisse aus
Forschung und Entwicklung im Ingenieurholzbau berücksichtigt,für die Be-
rechnung und Bemessung von Holzkonstruktionen angewendet werden.Paral-
lel zur neuen DIN 1052 ist die DIN 1052 Ausgabe 1988 (Änderungen 1996),die
die Bemessung von Holzkonstruktionen nach zulässigen Spannungen gestattet,
weiter im Holzbau gültig.Sie ist deshalb wie auch der aufdieser Methodik be-
ruhende umfangreiche Erfahrungsschatz für die konstruktive Gestaltung wei-
terhin Bestandteil dieses Holzbaubuches.Die Bemessung von Holzkonstruktio-
nen nach der neuen DIN 1052 wurde unter Einbeziehung der neuen DIN
1055-100 (2001) anhand von Beispielen ausführlich erläutert.Diese Beispiele
wurden auch nach DIN 1052 (1088) berechnet und sind in der 3.Auflage eben-
falls enthalten. Ein Vergleich beider Bemessungsmethoden miteinander hin-
sichtlich Ausführung,Sicherheit und Wirtschaftlichkeit ist somit möglich.
In der Übergangszeit 2004 bis 2006 werden beide Fassungen gültig sein.Die
in beiden Normen enthaltenen Regeln dürfen nicht vermischt werden.Die seit
2003 vorliegende neue englische Fassung des Eurocode 5 wird in den Jahren
nach 2006 in deutsches Baurecht übernommen werden,so daß die jetzt vorlie-
gende neue DIN 1052 als Grundlage für ein neues nationales Anwendungsdo-
kument dienen wird.
Die Anwendung der neuen DIN 1052 im Holzbau bietet auf Grund allge-
meiner gefaßten Bemessungsregeln – z.B. die Bemessung der stiftförmigen
Verbindungsmittel – und der präziseren Sortierung der Hölzer mit der neuen
DIN 4074 (2003) größere Wettbewerbschancen im Vergleich mit dem Stahl-
und Stahlbetonbau.
Allen Beteiligten,die zum Gelingen der 3.Auflage beigetragen haben,sei an
dieser Stelle herzlich gedankt.Besonderer Dank gilt dem Springer-Verlag für
die weitere Herausgabe dieses Werkes und die verlegerische Betreuung.
Dresden,im März 2004 Karin Lißner
Karlheinz Zimmer
Vorwort zur 2. Auflage
Die für die 1. Auflage gewählte und von den Studenten, Dozenten, Bauin-
genieuren und Architekten angenommene Darstellung der Ergebnisse der Be-
messung und Konstruktion von Holztragwerken nach DIN 1052 – auf der
Grundlage zulässiger Spannungen und Verformungen – sowie nach Eurocode
VI Vorwort
5 – auf der Basis von Grenzzuständen (Teilsicherheitsbeiwerten) – wurde bei-
behalten.Sie ermöglicht eine strikte Trennung der Bemessung von Tragwerken
nach DIN 1052 oder nach Eurocode 5 und einen Vergleich der Ergebnisse nach
beiden Bemessungskonzepten.
Änderungen infolge neuer Richtlinien (z.B.DIN 1052-1/A1 und DIN 68800
Teil 2) sowie einer Auswertung neuer Forschungsergebnisse und bauaufsicht-
licher Zulassungen im Holzbau wurden in den entsprechenden Abschnitten
berücksichtigt.
Es ist uns eine angenehme Pflicht,Herrn Prof.Werner für die sehr erfolgrei-
che Zusammenarbeit,insbesondere während der Fertigstellung der 1.Auflage
im Springer-Verlag,zu danken.
Dresden,im Januar 1999 Karin Lißner
Karlheinz Zimmer
Vorwort zur 1. Auflage
Der gegenwärtige Entwicklungsstand des ingenieurmäßigen Holzbaues ist ge-
kennzeichnet durch bevorzugte Verwendung gerader und gekrümmter Brett-
schichtträger sowie vielfältiger Sonderbauarten von Fachwerk- und Vollwand-
trägern, deren Bauteile durch Leim oder mechanische Verbindungsmittel
zusammengefügt werden.
Teil 1 behandelt die Grundlagen des Holzbaues.Die Einleitung gibt einen
Überblick über Tragwerkssysteme und -konstruktionen, Holz- und Holz-
werkstoffeigenschaften sowie über den Holzschutz.Es folgt eine ausführliche
Beschreibung der gebräuchlichen Verbindungsmittel zur Herstellung von An-
schlüssen, Stößen und mehrteiligen Stäben unter verschiedenen Beanspru-
chungsarten.
Bemessung und Ausführung von Trägern und Stützen mit einteiligen und
zusammengesetzten Querschnitten werden umfassend behandelt und durch
vollständige Beispiele zur statischen Berechnung und Konstruktion erläutert.
Konstruktive Details werden in verschiedenen Varianten dargestellt, die
weder Anspruch aufVollständigkeit noch aufoptimale Gestaltung erheben.Sie
sollen dem Lernenden kritische Vergleiche ermöglichen und seine Phanta-
sie zur eigenen Entwurfsidee anregen.
Ziel des entwerfenden Ingenieurs sollte es stets sein, das Tragwerk so zu
gestalten, daß die idealisierenden Annahmen der Berechnung weitestgehend
durch die Konstruktion verwirklicht werden.Besondere Aufmerksamkeit ver-
dienen die Anschlüsse.Verschiedenartige verzinkte Blechformteile und Nagel-
platten finden dafür zunehmend Verwendung.Aber auch Zugbänder,Stützen
und Kranbahnträger aus Stahl können vorteilhaft mit Holzbauteilen kombi-
niert werden.
Vorwort VII
Das vorliegende Werk gibt den derzeitigen Stand der Forschung,Entwick-
lung und Fertigungstechnik wieder. Die Aufnahme des neuen Bemessungs-
konzeptes nach Eurocode 5 – unter Beibehaltung der auf der Grundlage der
DIN 1052 erzielten Ergebnisse, die für den Holzbau in den nächsten Jahren
noch bestimmend sein werden – macht das Werk für Studenten,Bauingenieure
und Architekten zu einer wertvollen Arbeitshilfe und Studienliteratur.
Die z.T.neuartigen und rechnerisch aufwendigen Bemessungsregeln sollten
in der Baupraxis,den Hochschulen und Universitäten bei möglichst vielen zu
entwerfenden Holztragwerken angewendet und erprobt werden,damit Unter-
schiede in den Ergebnissen der Bemessung im Vergleich mit DIN 1052 erkenn-
bar werden und der Eurocode 5 ergänzt werden kann,um später Rechenpro-
gramme und Bemessungsnomogramme entwickeln zu können. Mit der
Herausgabe des Nationalen Anwendungsdokumentes (NAD) gilt der Euro-
code 5 alternativ zur DIN 1052.
Im Eurocode 5 werden SI-Einheiten benutzt.Dementsprechend wurde für
die Spannungen und Festigkeiten die Einheit N/mm2verwendet.
Neue Forschungsergebnisse sowie bauaufsichtliche Zulassungen wurden
ausgewertet und z.T.eingearbeitet,so z.B.im 4.Abschnitt DIN4102 T4 (3/94).
Das umfangreiche Literaturverzeichnis enthält u.a. Berichte der Holzbau-
tagungen in Friedrichshafen/Bodensee (1992), Würzburg (1993), Garmisch-
Partenkirchen (1993) und Nürnberg (1994).
Anregungen und Hinweise aus dem Leserkreis werden stets dankbar ange-
nommen und bei Erweiterungen und Ergänzungen des Werkes beachtet.Allen
Beteiligten,die zum guten Gelingen dieses Buches beigetragen haben,und im
voraus denjenigen,die an der Fortführung dieses Werkes mitwirken werden,
sei an dieser Stelle herzlich gedankt.Besonderer Dank gilt der Arbeitsgemein-
schaft Holz e.V., der Entwicklungsgemeinschaft Holzbau sowie einigen Her-
stellerfirmen für die Bereitstellung ihres Informationsmaterials. Auch dem
Springer-Verlag gilt ein besonderer Dank für die Herausgabe dieses Werkes
und die verlegerische Betreuung.
Möge dieses Werk helfen,durch die schrittweise Überleitung von nationa-
len in europäische Normen den Lernenden im Studium,aber auch Praktikern,
die Einführung in das neue Bemessungskonzept der Euronormen zu erleich-
tern.
Bad Oeynhausen Gerhard Werner
Dresden,im Juli 1995 Karlheinz Zimmer
Inhalt
Bezeichnungen und Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIX
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Tragwerke aus Vollholz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Tragwerke aus BSH und Sonderbauarten . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Räumliche Tragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Zimmermannsmäßige Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Ingenieurmäßige Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Holz als Baustoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Holzarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 Nadelhölzer (NH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 Laubhölzer (LH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Holzabmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 Baurundholz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 Bauschnittholz oder Vollholz (VH) . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3 Lagenholz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.4 Mindestquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Holzwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Sortierklassen des Bauholzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 Feuchtegehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5.1 Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5.2 Mittlerer Feuchtegehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5.3 Einbaufeuchte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5.4 Künstliche Holztrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5.5 Schwind- und Quellmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5.6 Konstruktive Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 Berechnungslast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7 Wärmeausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 Elastizitäts-,Schub- und Torsionsmoduln nach DIN 1052 (1988) 21
2.9 Zulässige Spannungen nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . 21
2.10 Kriechverformungen nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . 24
2.11 Bemessungskonzept nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . 25
2.11.1 Grenzzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.11.2 Nachweis der Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.11.3 Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.11.4 Bemessungswerte der Baustoffeigenschaften und
des Tragwiderstandes R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
d
X Inhalt
2.11.5 Modifikationsbeiwert k . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
mod
2.11.6 Charakteristische Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte 29
2.11.7 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit . . . . . . . . . . . 30
2.11.8 Rechenwerte für Verformungsbeiwert k . . . . . . . . 31
def
3 Holzschutz im Hochbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1 Schadeinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.1 Pilze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.2 Insekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.3 Meerwasserschädlinge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.4 Feuer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2 Baulicher Holzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3 Chemischer Holzschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.1 Vorbeugende Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.2 Bekämpfungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Brandverhalten von Bauteilen aus Holz . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Entzündungstemperatur T und Abbrandgeschwindigkeit u
E A
von NH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Festigkeit und E-Modul für NH bei 100°C . . . . . . . . . . . . 40
4.4 Baustoffklassen von Holz und Holzwerkstoffen . . . . . . . . . 41
4.5 Feuerwiderstandsdauer/Feuerwiderstandsklasse . . . . . . . . 41
4.5.1 Mindestabmessungen unbekleideter Balken aus NH . . 42
4.5.2 Mindestabmessungen unbekleideter Stützen aus NH . . 43
4.6 Mindestmaße unbekleideter Holz-Zugglieder . . . . . . . . . . 43
4.7 Stahl-Zugglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8 Feuerwiderstandsklassen von Holzverbindungen . . . . . . . . 44
4.8.1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8.2 Holzabmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8.3 Dübelverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8.4 Stabdübel- und Paßbolzenverbindungen . . . . . . . . . 46
4.8.5 Nagelverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.9 Feuerwiderstandsklassen von Tafelelementen . . . . . . . . . . 48
4.10 Formänderungen im Brandfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5 Stöße und Anschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.1 Zugstöße und -anschlüsse (cid:1)(cid:1)Fa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Zuganschlüsse (cid:1)Fa (Querzug) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.2.2 Allgemeine Hinweise zur Querzugbeanspruchung . . . 52
5.2.3 Bemessungsvorschlag nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . 53
5.2.4 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.2.5 Bemessung nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . 55
5.2.6 Berechnungsbeispiel nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . 56
Inhalt XI
5.3 Druckstöße (cid:1)(cid:1)Fa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.3.1 Kontaktstoß in Knotenpunktnähe (a ,b ) . . . . . . . . 57
1 1
5.3.2 Kontaktstoß im knickgefährdeten Bereich (a ,b ) . . . 58
2 1
5.3.3 Kontaktloser Stoß (b ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2
5.4 Druckanschlüsse (cid:1)Fa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.5 Druckanschlüsse (cid:2)Fa nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . 63
5.6 Der Versatz nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . . . 64
5.6.1 Allgemeine Grundlagen und Berechnungsformeln . . . 64
5.6.2 Erläuterungen und Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.7 Biegestöße und -anschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.7.2 Biegesteife VH-Trägerstöße . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.7.3 Biegesteife BSH-Trägerstöße . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6 Verbindungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.1 Kleber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.1.1 Tragverhalten und Bauteilfertigung . . . . . . . . . . . . 86
6.1.2 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.1.3 Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.4 Längsverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.1.5 Eingeklebte Gewindestangen (GS) . . . . . . . . . . . . 90
6.2 Dübel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2.2 Bestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.2.3 Der Rechteckdübel nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . 100
6.2.4 Dübel besonderer Bauart nach DIN 1052 (1988) . . . . . 108
6.2.5 Dübel besonderer Bauart nach DIN 1052 neu (EC5) . . 115
6.2.6 Hirnholz-Dübelverbindungen bei BSH . . . . . . . . . . 117
6.2.7 Konstruktionsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.3 Bolzen (b) und Stabdübel (st) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.3.2 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.3.3 Tragfähigkeit nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . 127
6.3.4 Anzahl und Anordnung nach DIN 1052 (1988) . . . . . 129
6.3.5 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.3.6 Tragfähigkeit nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . 140
6.3.7 Anzahl und Anordnung nach DIN 1052 neu (EC5) . . . 143
6.3.8 Beispiel nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . 143
6.4 Glattschaftige Nägel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.4.2 Beanspruchung rechtwinklig zur Nagelachse
nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.4.3 Beanspruchung aufHerausziehen nach DIN 1052 (1988) 148
6.4.4 Kombinierte Beanspruchung nach DIN 1052 (1988) . . 149
6.4.5 Mindestdicken nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . 149